宇宙是(shì)“人为制造”的？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存在(zài)的证据，科学家们(men)在过去的几十年(nián)当中进行了超过50次的长期实验(yàn)，但是却没有发现任何(hé)的(de)有效(xiào)证(zhèng)据。除了一个地方(fāng)，在1687年出版的自然(rán)哲学数学原理(lǐ)一书中，埃萨克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了(le)万(wàn)有引力定律，它(tā)揭示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百(bǎi)年来(lái)，当天文学(xué)家们(men)发现某(mǒu)些天体运行轨(guǐ)道出现异常，不符合万有(yǒu)引力定(dìng)律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一(yī)定有(yǒu)未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年(nián)，奥本勒维耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的(de)异常，推算并且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重(zhòng)大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这些发现都是在(zài)恒星系(xì)统的尺度当中，可当我(wǒ)们(men)上升(shēng)到星系或者(zhě)是星团(tuán)的(de)尺(chǐ)度，事情就(jiù)开始变得(dé)诡异了(le)。

1933年，瑞士的物(wù)理学家弗里茨兹威基正在研究和测量后发星系(xì)团的质量。这是(shì)一个由数(shù)千个星系所组成的巨大星系团，这些星系被引力束缚在一起。测(cè)量星系(xì)团的(de)质量一(yī)般会使用(yòng)到两(liǎng)种方(fāng)法(fǎ)，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种是获得其"光度学的(de)质量(liàng)"，需要的数据是(shì)测量各个星系(xì)的光度。

第二种(zhǒng)是动力学(xué)质(zhì)量的计算，是利用(yòng)光谱红移测量(liàng)星系团中的各个(gè)星系相对于星系(xì)团的运动速度(dù)。当测量结果出来(lái)之后，兹威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量(liàng)”竟然(rán)是“光(guāng)度(dù)学(xué)质量”的(de)400倍(bèi)。这(zhè)意(yì)味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失(shī)了，或者(zhě)说这99%的质量并不以可(kě)见光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到。最(新郎自己睡过的床能当婚床吗，结婚前老公自己睡的床要换吗zuì)诡异的是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹威基(jī)发现星系团中(zhōng)很多星系的(de)速(sù)度比(bǐ)理论上要(yào)快得多，按照牛顿的运动学定律(lǜ)，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量(liàng)所产(chǎn)生(shēng)的引力(lì)是无法将它们束缚在星系团内的，它们早就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的(de)力(lì)量在起作用，这种力(lì)量(liàng)来源于(yú)某种(zhǒng)隐形的(de)物质。

据此(cǐ)，兹维基提出了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它不发散光、吸(xī)光(guāng)、反(fǎn)射光，但(dàn)是它们却占(zhàn)据着宇宙(zhòu)中绝大部(bù)分的(de)质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对(duì)这样(yàng)的(de)一种说(shuō)法不(bù)屑(xiè)一顾。

直到40年之后，“暗物质(zhì)”这个词才再一次出现(xiàn)。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福特在观测(cè)仙女座星系中的恒(héng)星运动。理论上来说，距离中心越(yuè)远的恒星在其(qí)轨(guǐ)道上的运(yùn)行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感到不可思(sī)议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几(jǐ)乎(hū)保持不(bù)变。可是根据牛顿的万(wàn)有(yǒu)引(yǐn)力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果(guǒ)没有足够大的质(zhì)量(liàng)来吸引它们，这(zhè)些外(wài)围的恒(héng)星早就(jiù)被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对标准(zhǔn)的方法来解释暗物质的(de)存在(zài)，这种方法就是测量星系当中(zhōng)气体(tǐ)在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速(sù)度(dù)。如果出现(xiàn)异(yì)常(cháng)的结(jié)果，就认(rèn)为是由暗物质的力量进(jìn)入(rù)其中。

于是科学家们通(tōng)过射电望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离(lí)星系中心(xīn)更远(yuǎn)距离的氢元(yuán)素，发现它们的(de)旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系也不例(lì)外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之(zhī)上，距离银河系(xì)中心2.6万光年，根据万有引力定律进行(xíng)计算，太(tài)阳系的运行速度应该是(shì)160千米/秒，但实际(jì)上，太阳(yáng)系正在以220千米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这(zhè)个实(shí)际(jì)速度远远大于理论速度，那么产(chǎn)生以(yǐ)上这种(zhǒng)向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可能(néng)就是(shì)存在着一(yī)种我们看不到(dào)的(de)物质，是这些暗物质的引力效(xiào)应(yīng)将星(xīng)系(xì)聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开始，越来越多的研究人员开(kāi)始相(xiāng)信暗物质的(de)存在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算(suàn)在(zài)星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星(xīng)系质量的85%。但是，暗物质并不是唯一(yī)可以(yǐ)解释这个(gè)现象的原因(yīn)。在一项(xiàng)新(xīn)的研(yán)究当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引(yǐn)力效(xiào)应(yīng)的遥远恒星之(zhī)间，也(yě)会出现速度上(shàng)的微小差异。另外，天(tiān)文学(xué)家还发现(xiàn)了一(yī)个反常的星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年(nián)，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系(xì)当中存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千分之(zhī)一。

所(suǒ)以在理论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否(fǒu)则就会分崩离析。但(dàn)是科学家(jiā)们使(shǐ)用最(zuì)先进的望远镜对其进行了40个小时(shí)的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星系(xì)中的恒星运动是可以用正常的物质和(hé)力学定(dìng)律来(lái)解(jiě)释(shì)的。那么又有人提出，也许该星(xīng)系的暗物质(zhì)，已经被附近的另一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的(de)附近没有任(rèn)何(hé)星系存在。造成(chéng)这些现象的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外(wài)，另(lìng)一种可能就(jiù)是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力(lì)很可能在不同尺(chǐ)度空间(jiān)中(zhōng)的工作方式是不(bù)同的(de)，这意味着在(zài)行星系尺(chǐ)度中的(de)天(tiān)体会沿着它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相互(hù)作用则是不同的方式。对于(yú)在星系团之间(jiān)的(de)相互(hù)作用，科(kē)学家还引入了外部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数(shù)百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量(liàng)之间会产生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理论成立，这意味着我们(men)需要对现在的物理定律(lǜ)进行修正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于暗物质存在的其他的理论(lùn)证据，这些(xiē)理(lǐ)论证(zhèng)据(jù)是(shì)蒙(méng)德理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团，它们(men)大部(bù)分的普通质量都在星系的气(qì)体当中。当星团以(yǐ)1000万公里/小时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用(yòng)就会导(dǎo)致温度的急剧升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所以在理论上，在碰撞(zhuàng)之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于(yú)所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么来验证(zhèng)它的(de)质(zhì)量区(qū)域(yù)到底是不是集(jí)中(zhōng)在(zài)中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆(mǔ)斯韦伯太(tài)空望远镜传回了宇宙(zhòu)当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的高清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们可(kě)以明显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些星(xīng)系本身并(bìng)不是(shì)真的被扭曲了，也(yě)不(bù)是韦(wéi)伯望(wàng)远镜(jìng)出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的(de)天体和我们地球上的观(guān)测者(zhě)之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体(tǐ)遮(zhē)挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都发(fā)生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应(yīng)。这个巨大的天体可能是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物(wù)质(zhì)。

所(suǒ)以当人们对(duì)子(zi)弹星(xīng)系团观测的时候，发(fā)现它的大质量区域(yù)并不是在中间(jiān)，而是在两侧(cè)。所以最好的解释方法就是(shì)当星团发生全部的碰撞时，可被观测到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中(zhōng)间，暗物质(zhì)则直接通过(guò)了这个区(qū)域，并在两(liǎng)边(biān)形成了(le)引力透镜。对子弹星(xīng)系团的引力(lì)透镜(jìng)研究(jiū)也被认为(wèi)是(shì)暗(àn)物(wù)质存在的迄今为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来(lái)自宇宙(zhòu)当中最古老的光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开始，38万年之后，可见光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇(yǔ)宙当中了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间背景上留(liú)下了各相(xiāng)同性的微波(bō)辐射(shè)。其中红色(sè)的部(bù)分表(biǎo)示温度较高的区域，蓝(lán)色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实际上它(tā)们之(zhī)间(jiān)的温(wēn)差只有(yǒu)万分之一。

科学家们通过对前景背景分(fēn)离后(hòu)的二值图像进行连通域提取和标记之后发(fā)现(xiàn)，如果宇宙当(dāng)中没有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些(xiē)峰值的幅度会减小，才变得看起(qǐ)来“和(hé)谐”。为了(le)匹(pǐ)配宇宙微波(bō)背(bèi)景辐射的测量值，我们需要(yào)的暗物质大约是(shì)普(pǔ)通(tōng)物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运动所需要的暗物质比例是一致的(de)。这(zhè)就意味着(zhe)。

用了(le)一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而(ér)暗物质的本质就是宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)存在(zài)着(zhe)某(mǒu)种类型的粒子(zi)，它们不(bù)参(cān)与任何其他(tā)的电磁作(zuò)用(yòng)，只通过引(yǐn)力来相互作用。所以(yǐ)如果能够(gòu)找到(dào)这(zhè)种粒(lì)子的(de)存在(zài)，就相当于(yú)找到(dào)了(le)暗物质(zhì)存在的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学家们已经提(tí)出了数十种的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同(tóng)的目标粒子(zi)所需要的(de)实验方式也不相同(tóng)。在过去的(de)几十(shí)年当中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这些看不(bù)见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物质相互作用(yòng)的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过(guò)50次的(de)实验(yàn)，却(què)没有任何实质性的发(fā)现(xiàn)，除了一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属(shǔ)于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在山下1400米处的(de)地下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上最大的地学实验室，这个实验室(shì)叫“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个三层楼(lóu)高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子(zi)的周期性(xìng)震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数据收集(jí)，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在每年的6月(yuè)份达到(dào)峰(fēng)值，然后在(zài)11月(yuè)降到最(zuì)低(dī)，而(ér)且在20年(nián)当中每(měi)年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现暗物质的第(dì)一个直接(jiē)证(zhèng)据。

但是为什(shén)么暗(àn)物质会产(chǎn)生周期性(xìng)的年度(dù)信号(hào)呢(ne)？刚才我们讲了(le)太阳(yáng)系(xì)正在以220公里(lǐ)/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系进(jìn)行移(yí)动，那么如(rú)果暗物质存(cún)在宇宙当中，这意(yì)味着我们也在以这样(yàng)的速(sù)度在穿越着暗物质(zhì)流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度(dù)围绕太(tài)阳进行旋转。所以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围(wéi)绕(rào)太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的，而另外(wài)半年则与之相反。

而在(zài)6月份的时(shí)候，地球与太阳的方向正好达(dá)到完全一致，这是理论上地(dì)球穿(chuān)越暗(àn)物质流最快的(de)时(shí)段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管在(zài)实(shí)际(jì)的情况中，太阳系相(xiāng)对银河(hé)系的(de)平面呈现了(le)60度(dù)的倾斜(xié)，但是这并不影响(xiǎng)这个(gè)理(lǐ)论(lùn)的有效(xiào)性。

因此科学家(jiā)认为这可以用来(lái)解释(shì)，研究(jiū)人员们所观测到的周期性信(xìn)号。当然也可(kě)能(néng)有其他(tā)的情况，造(zào)成这(zhè)种年度周期信号的差(chà)异也可(kě)能是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利(lì)游(yóu)客的数量也符合这(zhè)个周期的规律。

所以，科学家们又在南半球建(jiàn)立了一(yī)个几乎相同(tóng)的实验室，这里的季节(jié)与之前的(de)实验室正好(hǎo)相反，而在(zài)这里，地球穿过(guò)暗(àn)物(wù)质流的运动特征(zhēng)和第一个实验室是(shì)一样(yàng)的(de)。

因此，如果在这里可以得到相同的(de)信号，就(jiù)可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证据了。但是(shì)由于(yú)这个实(shí)验室刚刚建成(chéng)不久，所以(yǐ)截至目前还无(wú)法提供相应的(de)数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这台(tái)太空望远镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主镜(jìng)大小(xiǎo)跟(gēn)哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提供的视野(yě)是(shì)哈勃红(hóng)外仪器的100倍。南希格雷斯(sī)罗曼太空望远镜其中(zhōng)一(yī)个(gè)关键的用(yòng)途就是探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我(wǒ)们只能拭(shì)目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和(hé)贾森斯特芬研究发现，如果暗物质存在(zài)，它们极有可能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神(shén)秘的效应(yīng)，这种暗物质效应，会(huì)支(zhī)持(chí)宇宙当(dāng)中(zhōng)生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说是生命进化(huà)的一个(gè)重要因素。

如(rú)果这一理论得(dé)到进一步(bù)的(de)证实，那么(me)遍(biàn)布宇(yǔ)宙当中(zhōng)的暗物质会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单呢(ne)？或(huò)许(xǔ)在宇宙当中(zhōng)某(mǒu)个角落的行(xíng)星上(shàng)，暗物质正在通(tōng)过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创(chuàng)造生命。当(dāng)然，这些推论的大前提是(shì)要先找到(dào)暗物质存(cún)在的(de)实际(jì)证据。那(nà)么小(xiǎo)伙伴们，你们觉得暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你的支(zhī)持(chí)是我更新(xīn)的动(dòng)力！

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